Введение
1 Обзор литературы 8
1.1.Распределение электрического поля в двойном электрическом слое
1.1.1. Классическая модель распределения электрического поля и ионов вблизи поверхности 9
1.1.2.Адсорбция ионов на поверхности 12
1.1.3.Развитие моделей ДЭС 14
1.2.Экспериментальные подходы в изучении границы раздела мембрана-вода . 17
1.2.1.Граничный потенциал бислоя и его компоненты 17
1.2.2.Регистрация электростатических эффектов на поверхности липидныхмембран 19
1.2.3.Регистрация и анализ неэкранируемой компоненты граничного потенциала бислоя 22
1.2.4.Природа дипольного потенциала липидного бислоя 23
1.2.5.Биологические эффекты катионов и изменения дипольного потенциала . 25
1.2.6.Суммирование основных экспериментальных явлений, требующих моле
кулярной интерпретации 26
1.3.Вычислительная химия в моделирование мембран 29
1.3.1.Моделирование липидных бислоев 29
1.3.2.Технические аспекты молекулярной динамики 30
1.3.3.Известные подходы к описанию детальной молекулярной картины липидного бислоя 32
1.3.4.Техники вычислительного эксперимента для исследования межфазной границы липидного бислоя 36
1.4.Цели и задачи исследования 38
2 Методы постановки и анализа вычислительных экспериментов 39
2.1.Конструирование молекулярных моделей липидного бислоя 39
2.1.1.Начальная геометрия системы липидный бислой-вода 39
2.1.2. Расчет и подбор параметров силового поля 40
2.2.Техника молекулярно-динамического моделирования липидных бислоев 43
2.3.Методы обработки траекторий 46
2.3.1.Привязка к относительным координатам 46
2.3.2.Вычисление коэффициентов диффузии 47
2.3.3.Вычисление электростатического потенциала 48
2.3.4.Расчет различных параметров молекулярной структуры растворителя и липидного бислоя 49
2.4.Теоретические оценки 51
2.4.1.Решение уравнения Пуассона-Больцмана в периодической системе в отсутствие коионов 51
2.4.2.Оценка параметров адсорбции ионов 52
2.4.3.Модель Гуи-Чепмена-Штерна в системе с двумя типами одновалентных катионов 53
2.5.Использованные программные пакеты 54
3 Результаты вычислительных экспериментов с липидным бислоем и их анализ 56
3.1.Основные характеристики молекулярно-динамической картины липидного бислоя 57
3.1.1. Сопоставление структуры липидного бислоя по данным рентгеноструктурного анализа и МД-расчетов 58
3.1.2.Важные детали структурной организации липидного бислоя 59
3.2.Структура ДЭС на границе липидный бислой-вода 62
3.2.1.Условная электрическая граница бислоя 63
3.2.2.Параметры связывания одновалентных катионов в вычислительном эксперименте 66
3.2.3.Локализация одновалентных катионов внутри бислоя 69
3.2.4.Структурная модель ДЭС липидного бислоя в сравнении с классической моделью 74
3.3.Гидратация межфазной границы и природа дипольного потенциала 76
3.3.1.Граница бислой-вода с учетом эффектов гидратации 76
3.3.2.Дипольный потенциал как объект исследования 79
3.3.3.Дипольный потенциал с учетом эффектов гидратации бислоя 82
3.3.4.Связывание лизина с отрицательно заряженной БЛМ 84
3.3.5. Структурная модель влияния ионов на дипольный потенциал бислоя . 87
3.4.Адсорбция многовалентных катионов и механические свойства бислоя 90
3.4.1.Механические характеристики бислоя и монослоя 90
3.4.2.Изменение дипольного потенциала при латеральной конденсации липидов 92
3.4.3.Особенности связывания многовалентных катионов 94
Заключение 100
Основные результаты, выносимые на защиту 101
Благодарности 102
Список литературы
